Warum Nervenzellen sterben

Warum Nervenzellen sterben | Max-Planck-Gesellschaft
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Chemie . Strukturbiologie . Zellbiologie
Warum Nervenzellen sterben
Proteinverklumpungen im Zellplasma stören Transportwege
11. Januar 2016
In Hirnzellen von Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen können Mediziner
und Forscher unter dem Mikroskop Proteinverklumpungen sehen, die auch Aggregate
genannt werden. Dass diese Aggregate zum Tod der Nervenzellen und zu den
Krankheiten wie der Parkinson-, der Alzheimer-, der Huntington-Krankheit oder der
amyotrophen Lateralsklerose (ALS) massiv beitragen, wird seit vielen Jahren vermutet.
Wissenschaftler um Mark Hipp und Ulrich Hartl vom Max-Planck-Institut für Biochemie
in Martinsried haben jetzt gezeigt, dass der Ort der Proteinaggregate innerhalb der
Zelle ihr Überleben stark beeinflusst. Während Aggregate im Zellkern die Zellfunktion
kaum beeinträchtigen, stören die Verklumpungen im Zellplasma wichtige
Transportwege zwischen Zellplasma und Zellkern. Proteine und RNA können nicht mehr
aus oder in den Zellkern transportiert werden.
Damit Proteinaggregate (rot) in den Zellen
unter dem Mikroskop sichtbar sind, müssen
sie vorher angefärbt werden. Die Zellkerne
wurden blau, und die mRNA, die
Bauanleitung für Proteine, wurde grün
angefärbt.
© MPI für Biochemie
http://www.mpg.de/9832171/proteinverklumpungen-zellplasma?print=yes
12.01.2016
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Proteine bestehen aus langen Aminosäureketten und funktionieren in Zellen wie kleine
Maschinen. Um ihre Arbeit aufnehmen zu können, müssen die Proteine eine vorgegebene
dreidimensionale Struktur annehmen. In gesunden Zellen gibt es eine Vielzahl von
Faltungshelfern und eine umfangreiche Qualitätskontrolle. Falsch gefaltete Proteine werden
entweder repariert oder schnell abgebaut. Geschieht dies nicht oder nicht ausreichend, können
Proteine mit sich selbst oder anderen Proteinen zu Aggregaten verklumpen und die Zellen
schädigen.
Bei neurodegenerativen Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson, ALS und Huntington scheinen
solche Proteinaggregate für das Absterben von Nervenzellen mit verantwortlich zu sein. Wie diese
Verklumpungen die Zellen schädigen ist bis heute nicht geklärt. Deshalb wurde 2013 das
ToPAG-Konsortium ins Leben gerufen, ein Zusammenschluss verschiedener Expertengruppen, die
diesem Rätsel auf der Spur sind. Erste Erfolge können jetzt vermeldet werden. So zeigen
Wissenschaftler im Labor von Ulrich Hartl, ein weltweit bekannter Experte für Proteinfaltung, dass
es für das Überleben der Zelle entscheidend ist, wo sich die Aggregate innerhalb der Zelle
befinden.
Um dies herauszufinden haben die Forscher, zusammen mit den Forschungsgruppen von
Konstanze Winklhofer und Jörg Tatzelt an der Ruhr-Universität Bochum, ein künstlich
hergestelltes Protein und das für die Huntington Krankheit verantwortliche Protein Huntingtin in
Zellkulturen getestet. Beide Proteine lagern sich von allein zu großen Proteinklumpen zusammen.
„Interessanterweise bildet dasselbe Protein im Zellplasma besser lösliche, aber für die Zelle
giftigere Aggregate als im Zellkern“, erklärt Mark Hipp, Forschungsgruppenleiter in der Abteilung
von Ulrich Hartl und Leiter der Studie.
Proteinverklumpungen im Zellplasma verhinderten den Transport von RNA und richtig gefalteten
Proteinen zwischen Zellkern und Zellplasma. Weil die Aggregate klebrige Eigenschaften haben,
werden aus der Zelle lebensnotwendige Proteine weggefangen. „Wir haben in den Aggregaten im
Zellplasma wichtige Bestandteile der zellulären Transportmaschinerie gefunden. Das hat zu Folge,
dass die Bestandteile für einen funktionierenden Kerntransport dann fehlen, ungefähr so, als
wenn Teile einer Maschine fehlen. Dann kann diese auch nicht im Ganzen funktionieren.
Vermutlich ist das die Ursache für den geschädigten Transportweg“, erklärt Andreas Wörner,
Erstautor der Studie. Wenn die Bauanleitung der Proteine, die RNA, aus dem Zellkern nicht in das
Zellplasma gelangen kann, können dort auch keine Proteine mehr hergestellt werden und die
Zelle geht zugrunde. Warum die Aggregate, die sich direkt im Zellkern befinden die Nervenzellen
weniger schädigen kann nur vermutet werden. Laut Studie scheint das Kernprotein NPM1 dabei
eine zentrale Schutzfunktion auszuüben.
„Die Ergebnisse der Studie bringen uns Forscher und Mediziner ein großes Stück weiter“, fasst
Mark Hipp zusammen. „Denn wenn wir wissen, welche Schäden die Aggregate verursachen,
können wir in Zukunft passendere Gegenmaßnahmen entwickeln.“
CM/BA
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